KR101278106B1 - The preparation method of cellulose type polymer antimicrobial using ionic liquid - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이온성 액체를 이용하여 항균기능을 갖는 관능기가 결합된 셀룰로오스계 고정형 고분자 항균제를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세히는 이온성 액체를 이용하여 셀룰로오스를 용해시킨 후 항균기능을 갖는 사차 알킬암모늄염, 사차알킬포수포늄염, 5-클로로-8-퀴놀리닐, 트리클로산, 크로로히단토인 등이 셀룰로오스 고분자에 결합된 구조식 1의 고정형 고분자 항균제를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cellulose-based fixed polymer antimicrobial agent having a functional group having an antimicrobial function by using an ionic liquid. More specifically, after dissolving cellulose using an ionic liquid, quaternary alkylammonium salts, quaternary alkylphosphoronium salts, 5-chloro-8-quinolinyl, triclosan, chlorohydrodantoin, etc. having antibacterial functions are bound to the cellulose polymer. The present invention relates to a method for preparing a fixed polymer antimicrobial agent of Formula 1 above.

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Figure 112011500609411-pat00031

Description

이온성 액체를 이용한 셀룰로오스계 고분자 항균제의 제조방법{The preparation method of cellulose type polymer antimicrobial using ionic liquid}The preparation method of cellulose type polymer antimicrobial using ionic liquid}

본 발명은 이온성 액체를 이용하여 항균기능을 갖는 관능기가 결합된 셀룰로오스계 고정형 고분자 항균제를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세히는 셀룰로오스를 이온성 액체를 이용하여 용해시킨 후 항균 기능을 갖는 사차 알킬 암모늄염, 사차알킬 포스포늄염, 5-클로로-8-퀴놀리닐, 트리클로산, 클로로히단토인 등이 셀룰로오스 고분자에 결합된 고정형 고분자 항균제를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cellulose-based fixed polymer antimicrobial agent having a functional group having an antimicrobial function by using an ionic liquid. In more detail, after dissolving cellulose using an ionic liquid, quaternary alkyl ammonium salt, quaternary alkyl phosphonium salt, 5-chloro-8-quinolinyl, triclosan, chlorohydantoin and the like having antibacterial function are bound to the cellulose polymer. The present invention relates to a method for preparing a fixed polymer antimicrobial agent.

이온성 액체는 낮은 용융점, 우수한 용해도 등의 물리화학적 특성을 가진 환경 친화적인 용매이다. 이온성 액체의 한 범주인 비유도체의 셀룰로오스 용액은 최근 셀룰로오스 분야에서 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러나 셀룰로오스는 결정성이 높은 화합물이며 강한 분자간, 분자 내 수소결합을 이루고 있기 때문에 물이나 일반적인 용매에 용해되지 않아, 이러한 성질로 인해 그들의 개발 및 응용에 많은 제약으로 작용하고 있다. 셀룰로오스는 2002년에 로저 등[R.P. Swatloski, S.K. Spear, J.D. Holbrey, R.D. Rogers, J. Am. Chem. Soc. 124 (18) (2002) 4974]은 셀룰로오스가 이온성 액체인 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 클로라이드 ([C4mim]Cl, [BMIM]Cl)에 용해될 수 있다는 것을 발견하여 셀룰로오스 용해 기술에 대한 새로운 장을 열었다. 또한 상온에서는 이온성 액체가 셀룰로오스 섬유에 단지 적셔지기만 할 뿐 완전히 용해시키지는 못한다는 것을 알아냈으며, 100 ∼110 ℃로 가열시킬 때 Cl-, Br-, SCN-등의 음이온을 가진 이온성 액체 내에서 천천히 용해될 수 있다는 사실을 알아냈다. 렌 등[Q. Ren, J. Wu, J. Zhang, J.S. He, M. L. Guo, Aeta Polym. Siniea 3 (3) (2003) 448 J.Wu, J. Zhang, H. Zhang, J. He, Q. Ren, M. Guo, Biomacromolecules 5 (2) (2004) 266]은 이온성 액체 1-알릴-3-메틸이미다졸륨 클로라이드 ([Amim]Cl)가 셀룰로오스의 용해에 좋은 성질을 가지고 있음을 알아냈다. 80℃에서 알카리로 활성화된 셀룰로오스(DP=640)를 [Amim]Cl에 가하고 교반하여 5%의 셀룰로오스 용액을 얻었다. 셀룰루오스의 용해도는 알릴, 에틸, 부틸, 옥틸 등 곁사슬의 길이에 따라 달라지는데, 최대 용해력은 C4 사슬(butyl)에서 얻어졌으며[L. Feng, Z.-l. Chen, J. Mol. Liq. 2008, 142, 1], 이중결합(allyl)은 이온성 액체의 점도를 낮추는 것으로 알려졌다.Ionic liquids are environmentally friendly solvents with physicochemical properties such as low melting point, good solubility. Non-derivative cellulose solutions, a category of ionic liquids, have recently been studied in the field of cellulose. However, cellulose is a compound having high crystallinity and strong intermolecular and intramolecular hydrogen bonds, so that it is not dissolved in water or a general solvent. Therefore, cellulose has many limitations for their development and application. Cellulose was reported in 2002 by Roger et al. [RP Swatloski, SK Spear, JD Holbrey, RD Rogers, J. Am. Chem. Soc. 124 (18) (2002) 4974 found that cellulose could be dissolved in 1-butyl-3-methylimidazolium chloride ([C 4 mim] Cl, [BMIM] Cl), an ionic liquid. It opened a new chapter on technology. In the room temperature ionic liquid only jigiman only moistened to the cellulose fiber naeteumyeo out that the complete dissolution does sikijineun, when heated to 100 ~110 ℃ Cl -, Br - , SCN - in the ionic liquid with an anion such as It was found that it could dissolve slowly. Len et al. [Q. Ren, J. Wu, J. Zhang, JS He, ML Guo, Aeta Polym. Siniea 3 (3) (2003) 448 J. Wu, J. Zhang, H. Zhang, J. He, Q. Ren, M. Guo, Biomacromolecules 5 (2) (2004) 266 are ionic liquids 1-allyl. It was found that -3-methylimidazolium chloride ([Amim] Cl) had good properties for dissolving cellulose. Alkaline activated cellulose (DP = 640) was added to [Amim] Cl at 80 ° C. and stirred to obtain a 5% cellulose solution. The solubility of cellulose depends on the length of the side chains, such as allyl, ethyl, butyl and octyl. The maximum solubility was obtained in C4 butyl [L. Feng, Z.-l. Chen, J. Mol. Liq. 2008, 142, 1], The double bond (allyl) is known to lower the viscosity of the ionic liquid.

[G. Laus, G. Bentivoglio, H. Schottenberger, V. Kahlenberg, H. Kopacka, H. Roeder, T. Roeder, H. Sixta, Lenzinger Ber. 2005, 84, 71 A. J. Carmichael, M. Deetlefs, M. J. Earle, U. Frohlich, K. R. Seddon, Ionic liquids: Improved syntheses and new products. In Ionic Liquids as Green Solvents: Progress and Prospects American Chemical Society: Washington, DC, 2003; Vol. 856, pp 14-31]. 또한 C2에서 C20사이의 탄소 사슬로 된 곁사슬 내의 짝수개의 탄소를 가진 이온성 액체가 홀수개의 탄소를 가진 이온성 액체보다 높은 셀룰로오스 용해력을 보였다[T. Erdmenger, C. Haensch, R. Hoogenboom, U. S. Schubert, Macromol. Biosci. 2007, 7, 440].[G. Laus, G. Bentivoglio, H. Schottenberger, V. Kahlenberg, H. Kopacka, H. Roeder, T. Roeder, H. Sixta, Lenzinger Ber. 2005, 84, 71 A. J. Carmichael, M. Deetlefs, M. J. Earle, U. Frohlich, K. R. Seddon, Ionic liquids: Improved syntheses and new products. In Ionic Liquids as Green Solvents: Progress and Prospects American Chemical Society: Washington, DC, 2003; Vol. 856, pp 14-31. In addition, ionic liquids with an even number of carbons in the side chain of the carbon chain between C2 and C20 showed higher cellulose dissolving power than ionic liquids having an odd number of carbons [T. Erdmenger, C. Haensch, R. Hoogenboom, U. S. Schubert, Macromol. Biosci. 2007, 7, 440.

지난 수세기 동안 고분자에 저분자량의 항균제를 고정화하여 몇가지 항균 고분자를 합성하였다. 기존의 저분자량의 항균제에 비교하여 항균고분자는 향상된 항균 활성, 저감된 잔류독성, 증가된 항균활성 및 선택성, 그리고 길어진 수명 등의 장점을 가지고 있다. 항균고분자는 식품가공, 여과, 그리고 의료기기 등과 같은 많은 분야에 있어 코팅제로서 사용되어 왔다. 또한 항균 섬유로 된 의류 산업과 살균제 그리고 의약품의 보존제로서 사용되어 왔다. 몇 가지 일반적으로 사용되는 저분자량의 항균제는 플루오로퀴놀린, 사차암모늄염, 포스포늄염 등이다. 이들 항균제 중 사차암모늄계 화합물이 가장 널리 사용되고 있다.For several centuries, several antimicrobial polymers have been synthesized by immobilizing low molecular weight antimicrobial agents on the polymer. Compared with conventional low molecular weight antimicrobial agents, antimicrobial polymers have the advantages of improved antimicrobial activity, reduced residual toxicity, increased antimicrobial activity and selectivity, and longer lifespan. Antimicrobial polymers have been used as coatings in many fields, such as food processing, filtration, and medical devices. It has also been used as a preservative for the garment industry, fungicides and pharmaceuticals made of antibacterial fibers. Some commonly used low molecular weight antimicrobials are fluoroquinoline, quaternary ammonium salts, phosphonium salts, and the like. Among these antibacterial agents, quaternary ammonium compounds are most widely used.

사차 암모늄계 화합물은 다른 항균제에 비하여 우수한 세포막 투과성, 낮은 독성, 환경적 안정성, 낮은 피부자극성, 낮은 부식성, 그리고 연장된 잔류시간 및 생물활성 등의 장점을 가지고 있다. 사차암모늄화합물의 공통된 특성은 그들이 양전하와 소수성 세그멘트를 동시에 가지고 있다는 점이다. 긴 알킬사슬을 가진 사차암모늄화합물은 세포막과 작용하여 박테리아, 균류, 그리고 곰팡이등의 미생물을 죽일 수 있는 능력을 가진다. 양으로 하전된 사차암모늄화합물은 음으로 하전된 세포 표면에 정전기적 상호작용에 의해 흡착되며, 긴 친유성 사슬은 세포벽을 통과하는 확산을 촉진시킨다는 사실이 일반적으로 받아들여지고 있다. 특히 고분자 사슬을 따라 작용하는 긴 사슬은 원형질막을 손상시키거나 원형질조성물을 감소시킴으로써 결국 미생물이 죽게 되는 결과를 낳는다. 사차암모늄화합물의 항균활성은 전체적인 분자구조와 알킬사슬의 길이에 따라 크게 달라진다. 14 탄소 알킬사슬과 같이 양친매성 화합물의 알킬사슬의 길이가 증가하면 그람 음성 및 그람 양성 모두에 대한 항균활성이 증가하는 것으로 보고되어 있다 [T. Abel, J. I. Cohen, R. Engel, M. Filshtinskaya, A. Melkonian, K. Melkonian, Carbohydr. Res., 337 (2002) 2495 J. D. Schroeder, J. C. Scales, U.S. Patent 20020051754, 2002 C. R. Birnie, D. Malamud, R. L. Schanaare, Antimicrob. Agents Chemother., 44 (2000) 2514]. 고분자에 이들 항균제를 부착시키는 데는 두 가지 접근 방식이 있다[T. Tashiro, Macromol. Mater. Eng., 286 (2001) 63]. 첫 번째는 단량체에 항균제를 도입시킨 후 중합시키는 방법이다. 이 방법은 다양한 다른 단량체들이 공중합될 수 있으며 조성을 용이하게 변화시킬 수 있다는 장점을 갖고 있다. 두 번째는 미리 형성된 기능성 고분자에 항균제를 결합시키는 방법이다. 이 방법은 기능성 고분자를 다른 항균제들로 변환시킬 수 있으며 변환도를 조절할 수 있다는 장점을 가진다.Quaternary ammonium compounds have the advantages of excellent cell membrane permeability, low toxicity, environmental stability, low skin irritation, low corrosiveness, and extended residence time and bioactivity compared to other antimicrobial agents. A common property of quaternary ammonium compounds is that they have both positive charges and hydrophobic segments. Quaternary ammonium compounds with long alkyl chains have the ability to work with cell membranes to kill microbes such as bacteria, fungi, and fungi. It is generally accepted that positively charged quaternary ammonium compounds are adsorbed by electrostatic interactions on negatively charged cell surfaces, and that long lipophilic chains promote diffusion across cell walls. In particular, long chains along the polymer chain can damage the plasma membrane or reduce the plasma composition, resulting in the death of microorganisms. The antimicrobial activity of quaternary ammonium compounds depends greatly on the overall molecular structure and the length of the alkyl chain. Increasing the alkyl chain length of an amphiphilic compound, such as a 14 carbon alkyl chain, has been reported to increase antimicrobial activity against both Gram negative and Gram positive [T. Abel, J. I. Cohen, R. Engel, M. Filshtinskaya, A. Melkonian, K. Melkonian, Carbohydr. Res., 337 (2002) 2495 J. D. Schroeder, J. C. Scales, U.S. Patent 20020051754, 2002 C. R. Birnie, D. Malamud, R. L. Schanaare, Antimicrob. Agents Chemother., 44 (2000) 2514. There are two approaches to attaching these antimicrobials to polymers [T. Tashiro, Macromol. Mater. Eng., 286 (2001) 63]. The first is to introduce an antimicrobial agent into the monomer and then polymerize. This method has the advantage that various other monomers can be copolymerized and the composition can be easily changed. The second method is to combine an antimicrobial agent with a preformed functional polymer. This method has the advantage of converting the functional polymer into other antimicrobial agents and controlling the degree of conversion.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 이온성 액체를 이용하여 셀룰로오스를 완전히 용해시킨 상태에서 직접 반응시킴으로써 항균성능을 갖지 않는 잔류 수산기를 모두 치환시킬 수 있어 항균활성도를 높일 수 있으며, 또한 셀룰로오스 고분자에 관능기로 도입되어 고정화되었기 때문에 높은 항균활성 및 선택성은 물론 저감된 잔류독성, 그리고 길어진 수명을 가지는 고정형 고분자 항균제를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to directly replace in the state of completely dissolving cellulose using an ionic liquid can replace all of the remaining hydroxyl groups that do not have antimicrobial activity can increase the antimicrobial activity, and Since the cellulose polymer is immobilized by being introduced as a functional group, the present invention provides a method for preparing a fixed polymer antimicrobial agent having high antimicrobial activity and selectivity, as well as reduced residual toxicity and longer life.

상기의 목적을 달성하기 위하여 이온성 액체를 이용하여 용해시킨 셀룰로오스를 다음의 구조식 1로 표시된 화합물로 합성하는 방법으로 제조하였다. 본 발명에 사용된 이온성 액체인 [Amim]Cl [H. Zhang, J. Wu, J. Zhang, and J. He, Macrmolecules 38 (2005) 8272-8277], [Bmim]Cl [J. G. Huddleston, A. E. Visser, W. M. Reichert, H. D. Willauer, G. A. Broker and R. D. Rogers, Green Chemistry, 2001, 3, 156-164], 그리고 [Omim]Cl [S. Liu, C. Xie, S. Yu, F. Liu, Catalysis Comm. 10 (2009) 986-988]는 기존에 알려진 방법에 의해 합성하였다.In order to achieve the above object, a cellulose dissolved using an ionic liquid was prepared by a method of synthesizing the compound represented by the following Structural Formula 1. The ionic liquid used in the present invention is [Amim] Cl [H. Zhang, J. Wu, J. Zhang, and J. He, Macrmolecules 38 (2005) 8272-8277], [Bmim] Cl [J. G. Huddleston, A. E. Visser, W. M. Reichert, H. D. Willauer, G. A. Broker and R. D. Rogers, Green Chemistry, 2001, 3, 156-164], and [Omim] Cl [S. Liu, C. Xie, S. Yu, F. Liu, Catalysis Comm. 10 (2009) 986-988] was synthesized by known methods.

[구조식 1][Structural formula 1]

Figure 112011500609411-pat00001
Figure 112011500609411-pat00001

여기서AM1, AM2, 그리고 AM3는 각각 독립적으로Where AM 1 , AM 2 , and AM 3 are each independently

Figure 112011500609411-pat00014
,
Figure 112011500609411-pat00015
,
Figure 112011500609411-pat00016
,
Figure 112011500609411-pat00017
,
Figure 112011500609411-pat00018
그리고 적어도 하나의
Figure 112011500609411-pat00019
을 나타낸다
Figure 112011500609411-pat00014
,
Figure 112011500609411-pat00015
,
Figure 112011500609411-pat00016
,
Figure 112011500609411-pat00017
,
Figure 112011500609411-pat00018
And at least one
Figure 112011500609411-pat00019
Indicates

R1, R2, 그리고 R3 은 각각 독립적으로 알킬기를 나타낸다R 1 , R 2 , and R 3 each independently represent an alkyl group.

R4 와 R5 는 독립적으로 수소원자 또는 메틸기를 나타낸다R 4 and R 5 independently represent a hydrogen atom or a methyl group

R6

Figure 112011500609411-pat00033
, 또는
Figure 112011500609411-pat00020
를 나타낸다R 6 is
Figure 112011500609411-pat00033
, or
Figure 112011500609411-pat00020
Indicates

R7은 수소원자 또는 메틸기를 나타낸다R 7 represents a hydrogen atom or a methyl group

구조식 1로 나타낸 화합물은 셀룰로오스 고분자 주사슬에 항균특성을 갖는 사차암모늄염기, 사차포스포늄염기, 그리고 클로로히단토인기를 가진다.The compound represented by Structural Formula 1 has quaternary ammonium base, quaternary phosphonium base, and chlorohydantoin group having antibacterial properties in the cellulose polymer main chain.

구조식 1로 나타낸 화합물은 이미 알려진 방법에 의해 합성될 수 있다. 예를 들면, 다음 반응식 1에서 이온성 액체로 용해된 구조식 2로 표현된 셀룰로오스를 피리딘을 가한 클로로아세틸클로라이드와 아세틸화 반응시켜 구조식 3과 같은 중간체를 합성시킨 후, 이온성액체에 용해되어 있는 합성된 구조식 3의 중간체 생성 화합물은 물을 첨가하여 이온성 액체를 세척시킴으로써 분리할 수 있다. 분리된 구조식3의 중간체 생성물을 다시 트리알킬아민 또는 트리알킬포스핀과 반응시켜 최종생성물인 구조식 1의 화합물을 합성시킬 수 있다. 또한 다음 반응식 1의 구조식 3과 같은 분리된 중간체 생성물을 디메틸아세트아미드용액 내에서 히단토인 및 수산화칼슘을 반응시켜 구조식 4와 같은 제2중간체를 합성시킨 후, 테트라히드로푸란 용액 내에서 차아염소산, 아세트산 및 TBAC를 반응시켜 생성물인 구조식 1의 화합물을 합성시킬 수 있다.The compound represented by formula 1 can be synthesized by known methods. For example, the cellulose represented by Structural Formula 2 dissolved in an ionic liquid in Scheme 1 is then acetylated with chloroacetyl chloride added with pyridine to synthesize an intermediate as shown in Structural Formula 3, and then dissolved in an ionic liquid. The intermediate producing compound of formula 3 can be separated by washing the ionic liquid by adding water. The isolated intermediate product of formula 3 can then be reacted with trialkylamine or trialkylphosphine to synthesize the final product of formula 1. In addition, by reacting hydantoin and calcium hydroxide in a dimethylacetamide solution with an isolated intermediate product such as the structural formula 3 of the following scheme 1 to synthesize a second intermediate such as the structural formula 4, hypochlorous acid, acetic acid and TBAC can be reacted to synthesize the compound of formula 1 as a product.

[반응식1][Reaction Scheme 1]

Figure 112011500609411-pat00021
Figure 112011500609411-pat00021

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 항균제의 제조공정도이다.1 is a manufacturing process of the polymer antimicrobial agent according to an embodiment of the present invention.

상기에 기술한 바와 같이 이온성 액체를 이용한 본 발명은 셀룰로오스를 완전히 용해시킨 상태에서 직접 반응시키는 방법이기 때문에 항균성능을 갖지 않는 잔류 수산기를 모두 치환시킬 수 있어 항균활성도를 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention using the ionic liquid is a method of directly reacting in a completely dissolved state of cellulose, so that all of the remaining hydroxyl groups having no antimicrobial activity can be substituted, thereby increasing antimicrobial activity.

또한, 이온성 액체를 이용한 본 발명은 목질계 바이오매스 등 다양한 종류의 생물자원을 원료로 할 수 있어 원재료비의 절감 효과를 얻을 수 있다.In addition, the present invention using the ionic liquid can be made of various types of biological resources such as wood-based biomass as a raw material can reduce the raw material cost.

또한 본 발명의 항균제는 셀룰로오스 고분자에 관능기로 도입되어 고정화되었기 때문에 높은 항균 활성 및 선택성은 물론 저감된 잔류독성, 그리고 길어진 수명을 가져 식품가공, 여과, 그리고 의료기기 등과 같은 많은 분야에 사용될 수 있으며 항균 섬유로 된 의류 산업과 살균소독제 그리고 의약품의 보존제 등의 많은 용도로도 적용 가능하다.In addition, since the antimicrobial agent of the present invention is immobilized by introducing a functional group into the cellulose polymer, it can be used in many fields such as food processing, filtration, and medical devices with high antimicrobial activity and selectivity as well as reduced residual toxicity and longer lifespan. It is also applicable to many applications, such as the textile garment industry, disinfectants and preservatives.

도면 1은 바람직한 일실시예에 따른 고분자 항균제의 제조공정도.1 is a manufacturing process of the polymer antimicrobial agent according to a preferred embodiment.

본 발명의 바람직한 구현은 아래에 기술된 것과 같다.Preferred implementations of the invention are as described below.

I. 이온성 액체를 이용한 셀룰로오스의 용해I. Dissolution of Cellulose with Ionic Liquid

BKP 및 Avicel 시료는 건조시키는지의 여부에 따라 용해시간의 차이가 없었기 때문에 다음의 모든 과정에서는 입수된 그대로 사용하였다. BKP는 종이 형태를 하고 있는데 이러한 BKP를 갈아서 오른쪽 그림처럼 이온성액체를 최대한 흡수하여 가열 시 녹을 수 있도록 표면적이 큰 솜뭉치와도 같은 상태로 만든다. Avicel은 백색의 고운 가로형태로서 그대로 사용하였다. 이온성 액체 ([Amim]Cl, [Bmim]Cl,[Omim]Cl, 그리고 [C2mm](MeO)2PO2) 를 바이얼에 넣고 가열한 후 셀룰로오스 시료를 첨가하였다. (50 mg, 5 wt%) 었다. 시료가 녹아서 하나의 상이 될 때까지 교반하였다.Since BKP and Avicel samples did not differ in dissolution time depending on whether or not they were dried, they were used as received in all the following procedures. BKP is in the form of a paper. The BKP is ground and absorbed as much as possible to the ionic liquid to make it melt like heating. Avicel was used as it is as a white fine horizontal form. Ionic liquids ([Amim] Cl, [Bmim] Cl, [Omim] Cl, and [C2mm] (MeO) 2 PO 2 ) were added to the vial and heated, followed by addition of cellulose samples. (50 mg, 5 wt%). The sample was stirred until it melted into one phase.

실험예1Experimental Example 1

이온성 액체 15g을 바이얼에 넣고 60℃에서 5분간 가열한 후, Avicel 을 1.5g을 넣고 교반하면서50℃에서 60분간 가열하였다. 가열 결과 Avicle이 전혀 녹지 않은 상태 그대로였다.15 g of the ionic liquid was placed in a vial and heated at 60 ° C. for 5 minutes, then 1.5 g of Avicel was added and heated at 50 ° C. for 60 minutes with stirring. As a result of heating, Avicle was not dissolved at all.

실험예2Experimental Example 2

이온성 액체 15g을 바이얼에 넣고 60℃에서 5분간 가열한 후, Avicel 을 1.5g을 넣고 교반하면서75℃에서 60분간 가열하였다. 가열 결과 모든 이온성 액체에서 Avicle이 서서히 녹기 시작하여 완전히 녹지는 않았지만 녹고 있는 변화가 유안으로 확인되었다.15 g of the ionic liquid was placed in a vial and heated at 60 ° C. for 5 minutes, then 1.5 g of Avicel was added and heated at 75 ° C. for 60 minutes with stirring. As a result of heating, Avicle began to slowly melt in all ionic liquids, but it was not completely dissolved, but the melting change was found to be yuan.

실험예3Experimental Example 3

이온성 액체 2g을 바이얼에 넣고 60℃에서 5분간 가열한 후, Avicel 을 0.1g을 넣고 교반하면서100℃에서 60분간 가열하였다. 가열 결과 모든 이온성 액체에서 Avicle이 완전히 녹아 투명한 하나의 상으로 나타났다.After putting 2 g of the ionic liquid into the vial and heating at 60 ° C. for 5 minutes, 0.1 g of Avicel was added and heated at 100 ° C. for 60 minutes with stirring. The heating resulted in the complete dissolution of Avicle in all ionic liquids as a transparent phase.

실험예4Experimental Example 4

이온성 액체 10g을 바이얼에 넣고 60℃에서 5분간 가열한 후, Avicel 을 0.5g을 넣고 교반하면서100℃에서 180분간 가열하였다. 가열결과 용액의 색이 [Bmim]Cl 의 경우 약간 변한 것을 확인할 수 있었으나 모든 이온성 액체에서 Avicle이 완전히 녹아 투명한 하나의 상으로 나타났다10 g of the ionic liquid was placed in a vial and heated at 60 ° C. for 5 minutes, and 0.5 g of Avicel was added thereto and heated at 100 ° C. for 180 minutes with stirring. As a result of heating, the color of the solution was slightly changed in the case of [Bmim] Cl, but in all the ionic liquids, Avicle was completely dissolved and appeared as a transparent phase.

실험예5Experimental Example 5

이온성 액체 10g을 바이얼에 넣고 60℃에서 5분간 가열한 후, Avicel 을 0.5g을 넣고 교반하면서100℃에서 180분간 가열하였다. 가열결과 [C2mm](MeO)2PO2) 을 제외하고 용액이 탁하고 검게 변하는 모습을 확인 할 수 있었다.10 g of the ionic liquid was placed in a vial and heated at 60 ° C. for 5 minutes, and 0.5 g of Avicel was added thereto and heated at 100 ° C. for 180 minutes with stirring. As a result of heating, the solution became turbid and black except for [C2mm] (MeO) 2 PO 2 ).

비교예1Comparative Example 1

이온성 액체 15g을 바이얼에 넣고 60℃에서 5분간 가열한 후, Avicel 을 1.5g을 넣고 교반하면서 상온에서 60분간 가열하였다. 가열 결과 처음 상태 그대로 전혀 녹지 않았다.15 g of the ionic liquid was placed in a vial and heated at 60 ° C. for 5 minutes, and 1.5 g of Avicel was added thereto, followed by heating at room temperature for 60 minutes while stirring. As a result of heating, it did not melt at all in its initial state.

실험예6Experimental Example 6

이온성 액체 2g을 바이얼에 넣고 60℃에서 5분간 가열한 후, BKP 0.1g을 넣고 교반하면서100℃에서 180분간 가열하였다. 가열 결과 용액의 색이 [Bmim]Cl 의 경우 약간 변한 것을 확인 할 수 있었다.After putting 2 g of the ionic liquid into the vial and heating at 60 ° C. for 5 minutes, 0.1 g of BKP was added thereto and heated at 100 ° C. for 180 minutes while stirring. As a result of heating, the color of the solution was slightly changed in the case of [Bmim] Cl.

비교예2Comparative Example 2

이온성 액체 15g을 바이얼에 넣고 60℃에서 5분간 가열한 후, BKP 1.5g을 넣고 교반하면서 상온에서 60분간 가열하였다. 가열 결과 처음 상태 그대로 전혀 녹지 않았다.15 g of the ionic liquid was placed in a vial and heated at 60 ° C. for 5 minutes, and then 1.5 g of BKP was added thereto, followed by heating at room temperature for 60 minutes with stirring. As a result of heating, it did not melt at all in its initial state.

비교예2Comparative Example 2

이온성 액체 15g을 바이얼에 넣고 60℃에서 5분간 가열한 후, BKP 1.5g을 넣고 교반하면서 상온에서 60분간 가열하였다. 가열 결과 처음 상태 그대로 전혀 녹지 않았다.15 g of the ionic liquid was placed in a vial and heated at 60 ° C. for 5 minutes, and then 1.5 g of BKP was added thereto, followed by heating at room temperature for 60 minutes with stirring. As a result of heating, it did not melt at all in its initial state.

II. 이온성 액체에 용해되어 있는 셀룰로오스의 분리 추출II. Separation and Extraction of Cellulose Dissolved in Ionic Liquids

가열이 끝나고 하나의 상이 된 용액에 증류수를 부어주면 이온성액체의 종류에 따라서 분리가 일어나기도 하고 혼탁액 상태로 존재하기도 하였다.After heating, distilled water was poured into one phase solution, depending on the type of ionic liquid, separation or presence of a turbid liquid.

이 용액을 물과 아세톤을 이용하여 계속 세척하면서 글라스 필터에 거르는데 걸러진 셀룰로오스 생성물을 건조기 안에서 70℃에서 2일 이상 건조시켜 분리하였다.The solution was washed with water and acetone and filtered through a glass filter. The filtered cellulose product was separated by drying at 70 ° C. for at least 2 days.

실험예7Experimental Example 7

이온성 액체에 Avicel을 녹인 용액에 증류수 10mL를 가하여 충분히 교반시키면서 Voltex를 이용하여 최대한 잘 섞어주고 1시간 정도 방치하면 이온성 액체의 종류에 따라 아래쪽에 하얀 물질들이 가라앉거나 혼탁액 상태로 존재하게 된다. 이 생성물질을 글라스필터로 거른 후 수회 물과 아세톤으로 세척한 후 건조기에서 건조시키면 [Amim]Cl은 알갱이진 겔상태로 걸러지고, [Bmim]Cl은 누런 색의 가루형태로, [Omim]Cl은 바닥에 눌러 붙은 찐득한 겔상태로, [C2mm](MeO)2PO2는 백색의 가루로 얻어졌다.Add 10 mL of distilled water to the solution of Avicel in the ionic liquid and mix it as much as possible using Voltex with sufficient agitation. If left for about 1 hour, the white substance sinks or remains in a cloudy state depending on the type of ionic liquid. do. The resulting material was filtered through a glass filter, washed several times with water and acetone, and dried in a dryer. [Amim] Cl was filtered through a granulated gel, [Bmim] Cl in yellowish powder, [Omim] Cl [C2mm] (MeO) 2 PO 2 was obtained as a white powder in a sticky gel state pressed on the bottom of silver.

실험예8Experimental Example 8

이온성 액체에 BKP를 녹인 용액에 증류수 10mL를 가하여 충분히 교반시키면서 Voltex를 이용하여 최대한 잘 섞어주고 1시간 정도 방치하면 이온성 액체의 종류에 따라 아래쪽에 하얀 물질들이 가라앉거나 혼탁액 상태로 존재하였다. C2mm](MeO)2PO2 는 물에 용해되지 않고 덩어리진 겔 상태로 물에 떠 있었다.10 mL of distilled water was added to the solution of BKP dissolved in the ionic liquid, and the mixture was mixed well using Voltex with sufficient stirring and left for about 1 hour, depending on the type of ionic liquid, white matters subsided or existed in a turbid state. . C2mm] (MeO) 2 PO 2 was not dissolved in water but floated in water as a lump of gel.

이 생성물질을 글라스필터로 거른 후 수회 물과 아세톤으로 세척한 후 건조기에서 건조시키면 얇은 막 형태로 얻어졌다.The product was filtered through a glass filter, washed several times with water and acetone, and dried in a dryer to obtain a thin film.

III. 반응식 1에서 구조식 3으로 나타낸 중간체의 합성III. Synthesis of Intermediate represented by Structural Formula 3 in Scheme 1

제조예1Preparation Example 1

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure 112011500609411-pat00004
Figure 112011500609411-pat00004

실험예 3과 같은 방법 150g의 이온성 액체에 7.3g의 셀룰로오스를 용해시킨 용액에 35.9ml의 피리딘을 가하였다. 혼합물을 얼음물로 냉각시키면서 35.4ml의 클로로아세틸클로라이드를 적가하면서 교반하였다. 반응 혼합물은 상온에서 4일간 교반하였다. 실험예 7및 실험예8과 같은 방법으로 분리하면 최종 생성물인 구조식 3의 화합물은 IR로써 확인하였다.The same method as Experimental Example 3 35.9 ml of pyridine was added to a solution in which 7.3 g of cellulose was dissolved in 150 g of an ionic liquid. 35.4 ml of chloroacetyl chloride was added dropwise while cooling the mixture with ice water. The reaction mixture was stirred at room temperature for 4 days. When the compounds were separated in the same manner as in Experimental Example 7 and Experimental Example 8, the final product was identified by IR.

IV. 반응식 1에서 구조식 4로 나타낸 제2중간체의 합성IV. Synthesis of Second Intermediate represented by Structural Formula 4 in Scheme 1

제조예2Production Example 2

[반응식 3]Scheme 3

Figure 112011500609411-pat00022
Figure 112011500609411-pat00022

제조예 1의 반응식 2에서 합성된 구조식 3의 중간체 화합물1.5 g 을 25ml의 N,N'-디메틸아세트아미드와 0.266g의 수산화칼륨, 0.577g의 5,5,-디메틸히단토인을 천천히 가하였다. 용액을 90℃에서 24시간 동안 교반한 후, 침전된 물질을 여과하고 건조시켜 구조식4의 제2중간체 화합물을 얻었다.1.5 g of intermediate compound of Structural Formula 3 synthesized in Scheme 2 of Preparation Example 1 was slowly added with 25 ml of N, N'-dimethylacetamide, 0.266 g of potassium hydroxide and 0.577 g of 5,5, -dimethylhydantoin. After the solution was stirred at 90 ° C. for 24 hours, the precipitated material was filtered and dried to obtain a second intermediate compound of formula 4.

V. 구조식 1의 화합물의 합성V. Synthesis of Compound of Structural Formula 1

<실시예 1>≪ Example 1 >

[반응식 4][Reaction Scheme 4]

Figure 112011500609411-pat00006
Figure 112011500609411-pat00006

21.25g의 반응식 1에서 구조식 3으로 나타낸 중간체 화합물(54mmol)과 5.46g의 트리에틸아민(54 mmol)을 질소분위기 하에서 20ml의 n-헥산과 혼합하였다. 용액을 실온에서 24시간 동안 교반한 후 침전된 물질을 여과하였다. 잔류된 결정을 n-헥산으로 세척하고, 휘발성 물질을 감압 하에서 제거하였다. 고체 생성물을 상온에서 건조시키면 반응식1에서 R1, R2, 그리고 R3가 에틸기인 구조식 3의 중간체 화합물인Cell-TEACl이 얻어진다.The intermediate compound (54 mmol) and 5.46 g triethylamine (54 mmol) represented by Structural Formula 3 in 21.25 g of Scheme 1 were mixed with 20 ml of n-hexane under a nitrogen atmosphere. The solution was stirred at rt for 24 h and then the precipitated material was filtered off. The remaining crystals were washed with n-hexane and the volatiles were removed under reduced pressure. Drying the solid product at room temperature yields Cell-TEACl, an intermediate compound of formula 3 wherein R 1 , R 2 , and R 3 are ethyl groups in Scheme 1.

<실시예 2>≪ Example 2 >

[반응식 5]Scheme 5

Figure 112011500609411-pat00023
Figure 112011500609411-pat00023

1.25g 의 반응식 1에서 구조식 3으로 나타낸 중간체 화합물(54mmol)과 10.00g의 트리부틸아민(54 mmol)을 상기 실시예1의 반응식 3과 같은 방법으로 합성하면 반응식1에서 R1, R2, 그리고 R3가 부틸기인 구조식 3의 중간체 화합물인Cell-TBACl이 얻어진다.1.25 g of Intermediate Compound (54 mmol) represented by Structural Formula 3 in Scheme 1 and 10.00 g of Tributylamine (54 mmol) were synthesized in the same manner as in Scheme 3 of Example 1, where R 1 , R 2 , and Cell-TBACl, an intermediate compound of formula 3, wherein R 3 is a butyl group, is obtained.

<실시예 3>≪ Example 3 >

[반응식 6][Reaction Scheme 6]

Figure 112011500609411-pat00008
Figure 112011500609411-pat00008

21.25g 의 반응식 1에서 구조식 3으로 나타낸 중간체 화합물(54mmol)과 13.24g의 트리부틸아민(54 mmol)을 상기 실시예1의 반응식 3과 같은 방법으로 합성하면 반응식1에서 R1, R2, 그리고 R3가 부틸기인 구조식 3의 중간체 화합물인Cell-TPACl이 얻어진다.Synthesis of the intermediate compound (54 mmol) represented by Structural Formula 3 (21 mmol) and 13.24 g tributylamine (54 mmol) in 21.25 g of Scheme 1 in the same manner as in Scheme 3 of Example 1 showed R 1 , R 2 , and Cell-TPACl, an intermediate compound of formula 3, wherein R 3 is a butyl group, is obtained.

<실시예 4><Example 4>

[반응식 7][Reaction Scheme 7]

Figure 112011500609411-pat00009
Figure 112011500609411-pat00009

21.25g 의 반응식 1에서 구조식 3으로 나타낸 중간체 화합물(54mmol)과 10.93g의 트리부틸포스핀(54 mmol)을 상기 실시예1의 반응식 3과 같은 방법으로 합성하면 반응식1에서 R1, R2, 그리고 R3가 부틸기인 구조식 3의 중간체 화합물인Cell-TBPCl이 얻어진다.21.25 g of Intermediate Compound (54 mmol) represented by Structural Formula 3 in Scheme 1 and 10.93 g of Tributylphosphine (54 mmol) were synthesized in the same manner as in Scheme 3 of Example 1, where R 1 , R 2 , And Cell-TBPCl which is an intermediate compound of Structural Formula 3 whose R <3> is a butyl group is obtained.

<실시예 5>&Lt; Example 5 &gt;

[반응식 8][Reaction Scheme 8]

Figure 112011500609411-pat00010
Figure 112011500609411-pat00010

21.25g 의 반응식 1에서 구조식 3으로 나타낸 중간체 화합물(54mmol)과 14.16g의 트리부틸아민(54 mmol)을 상기 실시예1의 반응식 3과 같은 방법으로 합성하면 반응식1에서 R1, R2, 그리고 R3가 페닐기인 구조식 3의 중간체 화합물인Cell-TPPCl이 얻어진다.Synthesis of the intermediate compound (54 mmol) represented by Structural Formula 3 (54 mmol) and 14.16 g of tributylamine (54 mmol) in 21.25 g of Scheme 1 in the same manner as in Scheme 3 of Example 1 provided that R 1 , R 2 , and Cell-TPPCl, which is an intermediate compound of Formula 3, wherein R 3 is a phenyl group is obtained.

<실시예 6>&Lt; Example 6 &gt;

[반응식9]Scheme 9

Figure 112011500609411-pat00011
Figure 112011500609411-pat00011

2.54의 반응식 1에서 구조식4로 나타낸 중간체 화합물(3.8mmol)과 25ml의 N,N'-디메틸아세트아미드, 0.26g의 수산화칼륨, 그리고 0.58g의 5,5-디메틸히단토인을 천천히 가하였다. 혼합물을 90℃에서 24시간 동안 교반한 후, 침전물을 여과하고 건조시켜 생성물Cell-클로로히단토인을 얻었다.The intermediate compound (3.8 mmol) represented by Structural Formula 4 in Scheme 1 of 2.54, 25 ml of N, N'-dimethylacetamide, 0.26 g of potassium hydroxide, and 0.58 g of 5,5-dimethylhydantoin were added slowly. After the mixture was stirred at 90 ° C. for 24 hours, the precipitate was filtered and dried to give the product Cell-chlorohydantoin.

[실험예9] 항균활성의 평가Experimental Example 9 Evaluation of Antimicrobial Activity

시험편에 의한 항균활성은 스프레드 플레이트법(JIS Z 2801:2002)에 의해 평가되었다. 스프레드 플레이트법 (JIS Z 2801:2002)에서 대조군은 처리되지 않은 시험편을 사용하였다. 시험편은 폴리프로필렌과4wt.%의 항균제 혼합물을 압출하여 제조하였다. 시험을 위한 균주는 포도상구균(그람-양성균) 및 대장균(그람-음성균)을 사용하였다.The antimicrobial activity by the test piece was evaluated by the spread plate method (JIS Z 2801: 2002). In the spread plate method (JIS Z 2801: 2002), the control group used untreated specimens. Test pieces were prepared by extruding a mixture of polypropylene and 4 wt.% Of the antimicrobial agent. Strains for the test were Staphylococcus (Gram-positive bacteria) and Escherichia coli (Gram-negative bacteria).

표1은 4 wt.%의 항균제[Cell-TEACl, Cell-TBACl, Cell-TPACl, Cell-TBPCl, Cell-TPPCl, Cell-클로로히단토인]에 대하여 스프레드 플레이트법 (JIS Z 2801:2002)을 사용한 결과를 나타낸다. 포도상구균(Straphylococcusaureus) 및 대장균(Escherichiacolias)으로 접종된 항균제의 시험편은 모두 항균활성을 보였다. 24시간 후 시험편에 있는 살아있는 균의 수는 10이하로 감소비는 99.9% 이상이었다.Table 1 shows the spread plate method (JIS Z 2801: 2002) for 4 wt.% Of the antimicrobial agents [Cell-TEACl, Cell-TBACl, Cell-TPACl, Cell-TBPCl, Cell-TPPCl, Cell-chlorohydantoin]. Results are shown. The specimens of the antimicrobial agent inoculated with Staphylococcus aureus ( Straphylococcusaureus ) and Escherichia coli ( Escherichiacoli as) showed antimicrobial activity. After 24 hours, the number of viable bacteria in the specimens was less than 10 and the reduction ratio was 99.9% or more.

표 1. 스프레드 플레이트법 JIS Z 2801:2002)을 사용한 항균활성도시험Table 1. Antimicrobial Activity Test Using Spread Plate Method JIS Z 2801: 2002)

Figure 112011500609411-pat00012
Figure 112011500609411-pat00012

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.

상기에 기술한 바와 같이 이온성 액체를 이용한 본 발명은 셀룰로오스를 완전히 용해시킨 상태에서 직접 반응시키는 방법이기 때문에 항균성능을 갖지 않는 잔류 수산기를 모두 치환시킬 수 있어 항균활성도를 높일 수 있으며 목질계 바이오매스 등 다양한 종류의 생물자원을 원료로 할 수 있어 원재료비의 절감 효과를 얻을 수 있다. 또한 본 발명의 항균제는 셀룰로오스 고분자에 관능기로 도입되어 고정화되었기 때문에 높은 항균 활성 및 선택성은 물론 저감된 잔류독성, 그리고 길어진 수명을 가져 식품가공, 여과, 그리고 의료기기 등과 같은 많은 분야에 사용될 수 있다. 또한 항균 섬유로 된 의류 산업과 살균소독제 그리고 의약품의 보존제 등의 많은 용도로 사용될 것으로 기대한다.As described above, the present invention using the ionic liquid is a method of directly reacting in a completely dissolved state of cellulose, so that all of the remaining hydroxyl groups having no antibacterial activity can be substituted, thereby increasing the antimicrobial activity and the wood-based biomass. Various kinds of biological resources can be used as raw materials, which can reduce raw material costs. In addition, since the antimicrobial agent of the present invention is immobilized by introducing a functional group into the cellulose polymer, the antimicrobial agent may be used in many fields such as food processing, filtration, and medical devices with high antimicrobial activity and selectivity as well as reduced residual toxicity and longer lifespan. It is also expected to be used for many applications such as the apparel industry made of antibacterial fibers, disinfectants and preservatives.

Claims (3)

하기 구조식 3과 하기 구조식 11 또는 하기 구조식 12와 반응시켜 하기 구조식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 방법.
[구조식 1]
Figure 112012106631723-pat00035

[구조식 3]
Figure 112012106631723-pat00036

[구조식 11]
X(R1)(R2)(R3)
[구조식 12]
Figure 112012106631723-pat00037

[상기 구조식 1, 3, 11 및 12에서,
AM1, AM2, 그리고 AM3는 각각 독립적으로, -X+(R1)(R2)(R3) 또는
Figure 112012106631723-pat00038
이며;
X는 N 또는 P이며;
R1 내지 R3은 서로 독립적으로 에틸, 부틸 또는 페닐이며;
R4 또는 R5는 메틸이다.]
A method of preparing a compound represented by the following Structural Formula 1 with the following Structural Formula 3 and the following Structural Formula 11 or Structural Formula 12:
[Structural formula 1]
Figure 112012106631723-pat00035

[Structural Formula 3]
Figure 112012106631723-pat00036

[Structural Formula 11]
X (R 1 ) (R 2 ) (R 3 )
[Formula 12]
Figure 112012106631723-pat00037

[In Formula 1, 3, 11 and 12,
AM 1 , AM 2 , and AM 3 are each independently -X + (R 1 ) (R 2 ) (R 3 ) or
Figure 112012106631723-pat00038
;
X is N or P;
R 1 to R 3 are independently of each other ethyl, butyl or phenyl;
R 4 or R 5 is methyl.]
제 1항에 있어서,
상기 구조식 3은 이온성 액체존재하에 하기 구조식 2로 표시되는 셀룰로오스와 2-클로로아세틸 클로라이드를 반응시켜 제조되는 것인 방법.
[구조식 2]
Figure 112012106631723-pat00039
The method of claim 1,
Structural formula 3 is prepared by reacting 2-chloroacetyl chloride with cellulose represented by the following structural formula 2 in the presence of an ionic liquid.
[Structural formula 2]
Figure 112012106631723-pat00039
제 2항에 있어서,
이온성 액체는 1-알릴-3-메틸이미다졸리늄 클로라이드 ([Amim]Cl, 1-allyl-3-methylimidazolium chloride), 1-메틸-3-옥틸이미다졸리늄 클로라이드([Omim]Cl, 1-methyl-3-octylimidazolium chloride), 1-부틸-3-메틸이미다졸리늄 클로라이드([Bmim]Cl, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride) 또는 1-메틸-3-에틸이미다졸리늄 디메틸포스페이트([C2mim](MeO)2PO2, 1-methyl-3-ethylimidazolium dimethylphosphate)인 방법.
The method of claim 2,
Ionic liquids include 1-allyl-3-methylimidazolinium chloride ([Amim] Cl, 1-allyl-3-methylimidazolium chloride), 1-methyl-3-octylimidazolinium chloride ([Omim] Cl, 1-methyl-3-octylimidazolium chloride), 1-butyl-3-methylimidazolium chloride ([Bmim] Cl, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride) or 1-methyl-3-ethylimidazolinium dimethyl Phosphate ([C2mim] (MeO) 2 PO 2 , 1-methyl-3-ethylimidazolium dimethylphosphate).
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US20030027733A1 (en) * 1999-12-21 2003-02-06 Masahiko Kurauchi Partial ester of cellulose with nitrogenous carboxylic acid and process for producing the same
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